Энергосбережение в сельскохозяйственном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломная работа

Энергосбережение в сельскохозяйственном производстве

Введение

В Республике Беларусь принят и последовательно реализуется Закон «Об энергосбережении», который был принят Палатой представителей 19 июня 1998 года. В соответствии с данным законом «энергосбережение является приоритетом государственной политики в решении энергетической проблемы в Республике Беларусь». Под энергосбережением понимается деятельность, направленная на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов на всех стадиях от получения до использования. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов ставит задачу достижения максимальной эффективности при соответствующем уровне развития техники и технологий.

Конкретные мероприятия по сокращению затрат на 30% в сельском хозяйстве были разработаны и утверждены Постановлением коллегии Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь 22.05.2002 года, которые предусматривали:

- реальное совершенствование структуры посевных площадей;

- внедрение научно обоснованных севооборотов;

- использование широкозахватных агрегатов при подготовке почвы;

- совмещение технологических операций за счет применения комбинированных агрегатов;

- совершенствование технологических приемов внесения минеральных удобрений и средств защиты растений;

- увеличение удельного веса используемых комплексных удобрений;

- использование современных высокопроизводительных машин и механизмов;

- соблюдение технологической дисциплины на всех этапах производства.

Значительные задачи в плане совершенствования сельскохозяйственных технологий с целью существенного снижения энергетических затрат поставлены Государственной программой возрождения и развития села на 20052010 годы [1]. Комплекс запланированных мероприятий позволит снизить удельный расход материальных и энергетических ресурсов в 1,11,15 раза.

Статистические данные (табл. 1) указывают на снижение более чем в 2 раза объемов потребления основных видов энергетических ресурсов с 1990 по 2001 годы [2], в том числе в расчете на гектар пашни.

Таблица 1. Потребление топливно-энергетических ресурсов в сельском хозяйстве Беларуси

Годы	Электроэнергия, млрд.кВт·ч/ тыс.т у.т	Дизельное топливо, тыс.т/ тыс.т у.т	Автобензин, тыс.т/ тыс.т у.т	Всего энергоресурсов, тыс.т у.т	Валовая продукция в сопоставимых ценах, млрд. руб.	Энергоемкость, кг у.т./ руб.	Расход топлива на 1 га пашни, кг у.т./ га
1985	4,6/570,0	1258/1824,1	560/851,2	3245,3	13,20	0,246	523,4
1990	7,0/870,0	1325/1921,2	672/1021,4	3812,7	13,34	0,286	625,0
1994	5,7/701,1	893/1294,8	328/498,6	2494,5	10,14	0,246	402,3
1995	4,8/590,0	803/1164,3	265/402,8	2127,2	9,77	0,223	347,9
1996	4,5/560,1	783/1197,1	273/414,9	2132,1	9,91	0,215	343,9
1997	4,4/550,3	798/1157,2	276/419,5	2126,6	9,43	0,225	345,8
1998	4,3/530,2	753/1091,8	255/387,6	2009,4	9,37	0,214	326,7
1999	4,1/510,1	673/975,8	221/335,9	1821,7	8,60	0,212	296,2
2000	3,9/480,2	690/1000,5	203/309,2	1789,9	9,4	0,191	289,4
2001	3,8/460,1	604/875,8	157,2/238,9	1574,8	9,57	0,164	278,2

Своевременность принимаемых мероприятий по энергосбережению очевидна. При прогнозируемом росте населения в мире до 8 миллиардов в 2020 году запасов нефти хватит приблизительно на 46 лет, а рост ее потребления за последние годы составляет 130%. Поэтому делается заключение о том, что:

- цена на нефть будет постоянно повышаться;

- потребление ископаемой энергии негативно отражается на явлении «парникового эффекта»;

- неминуемы ограничения потребления многих ископаемых форм носителей энергии.

Уникальность сельскохозяйственного производства состоит в том, что наряду с потреблением энергии для возделывания растения благодаря процессу фотосинтеза накапливают энергию и передают ее с продуктами питания (табл. 2). При этом производство энергии превышает потребление в 1,042,25 раза [3].

Таблица 2. Энергетический баланс при возделывании различных растений

Показатели	Энергетические показатели, ГДж/га
	Рапс	Сахарная свёкла	Пшеница	Кукуруза (зерно)	Картофель
Потребление энергии	27,8	97,8	56,1	53,7	84,1
Производство энергии	62,7	159,8	64,2	68,9	87,5
Отношение произведенной энергии к потребляемой	2,25	1,63	1,14	1,28	1,04

Наибольшей эффективности использования энергии можно достичь при возделывании рапса и сахарной свеклы. Кроме того, семена рапса могут использоваться для получения биодизельного топлива. Максимального значения коэффициента энергетической эффективности (13,7) можно добиться при возделывании грубых кормов в полевом кормопроизводстве.

Основной задачей рациональных технологий в сельском хозяйстве является максимальное использование потенциала растений для получения энергетически оправданной продукции. При этом важны все операции технологического цикла возделывания сельскохозяйственных культур.

Совершенствование обработки почвы

На обработку почвы расходуется до 40% энергетических и 25% трудовых затрат от всего объема полевых работ по возделыванию сельскохозяйственных культур. Стремление к выполнению операций по обработке почвы с меньшими затратами вызывает появление новых технологий и соответствующих технических средств.

Сокращение интенсивности обработки почвы является существенным мероприятием по снижению производственных затрат в растениеводстве. С учетом растущих во всем мире потребностей в энергии энергозатратная обработка почвы не может считаться перспективной и отвечать этим аспектам. Чтобы вспахать гектар земли, нужно плугом поднять, перевернуть и раскрошить около 6 тыс. тонн почвы. Чем глубже производится обработка почвы, тем больше требуется силы тяги и расхода топлива и, кроме того, теряется ценное рабочее время в вегетационный период.

Тенденции в обработке почвы в значительной мере определяются необходимостью снижать издержки производства. С другой стороны, имеется также запрос на защиту почвы от переуплотнения и эрозии. Именно поэтому минимальная обработка почвы остается в центре внимания. Вместе с чередованием культур в севообороте и новейшими достижениями в секторе защиты растений будут сняты проблемы, связанные с этим методом ведения сельского хозяйства. Закономерно поднимается вопрос об альтернативах традиционной обработки почвы плугом, которая требует самых больших затрат энергии и снижает производительность работ.

Рабочая скорость, расход топлива, затраты времени и качество работы определяют выбор и использование почвообрабатывающих машин. Необходимыми являются экономящие энергию системы обработки, которые позволяют одновременно реализовать потенциал растений и обеспечить другие конструктивные преимущества. Консервирующая обработка почвы, «прямой» посев без предварительной обработки и в последнее время также посев одновременно с уборкой поля зерновым комбайном относятся к перспективным. Безотвальная обработка почвы может производиться с учетом особенностей почв, севооборотов и реальных производственных условий. Консервирующая обработка почвы не сопровождается дополнительными проблемами, если в пределах севооборота пропашные культуры ежегодно чередуются со злаками. Также хорошо окультуренные почвы с высоким содержанием гумуса обычно требуют только незначительной интенсивности обработки. В противоположность этому обработка должна производиться интенсивнее в севооборотах с высокими долями зерновых и при значительном внесении органических удобрений или соломы на бедных гумусом и уплотненных почвах.

Переход на обработку без плуга требует последовательности других согласованных мероприятий после уборки урожая вплоть до посева. Кто полагает, что можно чисто механически заменять плуг культиватором или другим орудием, ошибается. Консервирующая обработка почвы без плуга и особенно «прямой» посев и посев при уборке комбайном осуществимы только при помощи новых машин с целенаправленным их применением в зависимости от состояния почвы и предшественника.

Первой предпосылкой для высоких урожаев является достаточное водоснабжение растений. Чтобы гарантировать удовлетворение повышенных потребностей в воде, следует минимизировать наземное испарение и поверхностный сток, повышать водоудерживающую способность почвы за счет обогащения органической субстанцией. Это начинается с обработки почвы сразу после уборки предшественника. Для лущения стерни используются ротационные бороны, культиваторы и дисковые орудия (рис. 1).



Рис. 1. Комбинация дисковой бороны и катка (DISCMAX, фирма Gaspardo).

Кроме того, используются роторные культиваторы, но они энергозатратны и дороже в применении. Глубина от 5 до 7 см является достаточной для разрушения корневой системы растений. Для заделки соломы требуется рабочая глубина от 7 до 12 см. Нужно предусматривать для заделки каждых 10 ц соломы с гектара один сантиметр рабочей глубины обработки почвы путем лущения. Бороны с вырезными дисками хорошо подходят для песчаных почв. Глубина рыхления ограниченна в большинстве случаев 10 см. Рабочая скорость должна была составлять не меньше 10 км/ч.

Культиваторы в зависимости от цели работы могут снабжаться лапами с различными наконечниками: стрельчатыми, копьевидными, винтовыми, наральниковыми и др. В то время как стрельчатые лапы больше рыхлят и режут, копьевидные могут лучше перемешивать почву и растительные остатки. Культиваторы должны иметь не менее трех поперечных балок с рабочими органами. Оптимальным является расстояние между балками от 60 см при расстоянии между стойками лап примерно 65 см. Обеспечиваемое расстояние между следами 25 см оказалось пригодным на практике. Увеличение до 80 см расстояния от опорной поверхности лап до рамы предотвращает вероятность забивания орудия растительными остатками.

Оборудование различных почвообрабатывающих орудий катками достойно рекомендации в большинстве комбинаций и находит все большее применение (рис.2).

Рис.2. Чизельный агрегат с дисками и катками (Tiger AS, фирма HORSCH).

Бороны с гладкими дисками довольно долго применялись в Германии, но затем оказались непригодными, так как они не справлялись перерезать большое количество растительных остатков и плохо смешивали их с почвой. Сегодня они имеются только лишь в комбинации с короткими культиваторами. С этими дисками короткие культиваторы достигают хорошего измельчения и перемешивания соломы с почвой. На практике предпочтительно применение оборудования со стрельчатыми лапами при расстоянии между следами больше 30 см в сочетании с зубчатыми (вырезными) дисками. Также здесь уместны катки, которые регулируют осадку рабочих органов и плотность почвы. Для поверхностной обработки стерни хватает, как правило, упомянутых устройств. После двукратного применения культиватора с дисками может производиться посев по технологии с мульчированием. С точки зрения экономии затрат времени (табл.3) превосходство назначения обработки без плуга однозначно по сравнению с обычной обработкой почвы и посевом. Сравнимые результаты качества обработки получаются в результате менее значительного применения техники.

Таблица 3. Пример исследования затрат времени на работу сельскохозяйственной техники по различным технологиям (Швейцария) обработки почвы и посева зерновых

Операции, ширина захвата	Затраты времени, ч/га
Вспашка, боронование, посев (3 технологические операции), 3 м	5,3
Вспашка, комбинированный агрегат, 3м	4,2
Культивация, посев по мульче, 3м	3,2
Прямой посев комбинированным агрегатом	1,8

Потребление энергии является важным фактором при выборе глубины обработки различных видов почв. Это подтверждают следующие данные (табл. 4).

Таблица 4. Расход топлива при глубокой и поверхностной обработке культиваторов

Показатели	Тип почвы
	Суглинистая	Супесчаная
Глубина обработки	Мелкая	Глубокая	Мелкая	Глубокая
Расход дизельного топлива, л/га	12,2	25,6	10,3	23,8
Скорость движения, км/ч	7,5	5,9	10,9	8,1

Расход топлива существенно увеличивается на почвах с высокой долей глины. Наряду с более высоким потреблением топлива, небольшая площадь может обрабатываться в равное время, если культиватор настраивается на большую глубину. Для совмещения операций предпосевной подготовки почвы с посевом выпускаются комбинированные агрегаты АПП-3, АПП-4, АПП-4,5, АПП-6А, а также известны подобные машины фирм Amazone, Kockerling, Gaspardo, Vederstad, Eck-Sigma и др. Удельные затраты мощности на работу почвообрабатывающе-посевных агрегатов (рис. 3) находятся в пределах 19,734,3 кВт/м (среднее значение 24,6 кВт/м, коэффициент вариации 11,9%). В сравнении с агрегатами для предпосевной подготовки почвы с пассивными рабочими органами средний показатель удельных энергозатрат увеличивается на 2,1кВт/м. Технико-экономическое сравнение различных процессов обработки почвы (табл. 5) доказывает преимущества вариантов мелкой обработки и прямого посева без обработки почвы.



Рис. 3. Удельные затраты мощности почвообрабатывающее посевных агрегатов с различной шириной захвата.

Таблица 5. Влияние различных способов обработки почвы на расход топлива, затраты труда и экономические показатели при возделывании озимой пшеницы (предшественник сахарная свекла, Германия)

Показатели	Способ и глубина обработки почвы
	Плуг, комбинированный агрегат, 30 cм	Технология посева по мульче, 20 cм	Технология посева по мульче, 10 cм	Прямой посев без обработки
Расход дизельного топлива, л/га	55	38	20	15
Затраты труда на 1 га, чел.-ч/га	3,5	2,6	2,0	1,8
Урожай пшеницы, ц/га	79	77	77	75
Доход, €/га	686	717	736	739

При первых трех вариантах поле обрабатывалось после уборки предшественника бороной с вырезными дисками. Это вызывало дополнительные издержки по сравнению с вариантом 4, где никакая обработка почвы не производилась, однако ее не стали учитывать в экономических показателях дохода. Доход служит для обеспечения издержек и устанавливается из разницы доходов с переменными издержками. Можно обозначать его также как валовой доход. В анализируемых вариантах обработки почвы получены близкие показатели по урожайности.

Многолетние эксперименты отчетливо показывают, что современные системы обработки почвы в сравнении с традиционными на базе отвального плуга имеют преимущества. Это выражается, прежде всего, в относительно меньшей потребности в энергии и других затратах. По данным фирмы АГРИМАТКО-96, затраты на применение сеялки UNIDRILL G399 (рис. 4) составляют 43,7 USD/га (расход топлива 3,25 л/га). При традиционной технологии (вспашка, культивация, обработка АКШ, посев СПУ-6) приведенные затраты достигают 75,9 USD/га.

Рис. 4. Сеялка прямого посева (UNIDRILL G300, фирма Sulky).

Экономия энергии в будущем еще больше будет определять условия и технологии сельскохозяйственного производства. К этому добавляются экологические преимущества современной агротехники и системы машин по защите почв от эрозии, переуплотнения, а также по повышению биологической активности почвы и уменьшению передачи в атмосферу углекислого газа.

Выделяются технологии с сокращением интенсивности обработки почвы. При низких ценах на зерно (примерно 9 €/ц), которые имеют тенденцию дальнейшего снижения, а также высокие издержки на топливо часто заставляют отказываться от роста урожая и учитывать общий доход. Однако не обязательно, что сокращение интенсивности обработки почвы снижает доход и могут ожидаться даже более высокие урожаи (табл. 6).

Таблица 6. Влияние обработки почвы на урожай (ц/га) в 2002 - 2004 годах на земле Мекленбург-Верхняя Померания (Германия) (S.-M. Willert и М. Piel, 2005)

Культура	Вид обработки
	отвальная	безотвальная
Озимая пшеница	67,7	69,8
Озимый рапс	37,5	39,6
Озимый ячмень	62,2	66,7
Сахарная свёкла	494	538

Повышение урожая при посеве по мульче и «прямом» посеве вероятнее, чем увеличение дохода. Это обосновывается в первую очередь более высокой надежностью соблюдения оптимальных агротехнических сроков выполнения технологических операций. В зависимости от применяемой системы машин в 2 раза и более повышается эффективность (см. табл.1 и 3).

Нет значительной опасности в сокращении урожаев и при использовании технологии «прямого» посева без обработки почвы. В Республике Беларусь налажено производство комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатов АПП-4,5 и сеялок прямого посева СПП-3,6 и СЗС-400 (рис. 5) для данных технологий.



Рис. 5. Схема зернотуковой сеялки для прямого посева

Дальнейшая возможность для рационализации растениеводства существует в объединении посева с уборкой предшественника. Первоначально разработанный для возделывания пожнивных культур так называемый «комбайн-сеялка» проверен учреждением исследования для сельского хозяйства и рыболовства земли Мекленбург-Верхняя Померания при возделывании рапса. При этом посев озимого рапса происходит в технологической операции одновременно с лущением. В отличие от поверхностного рассева, при котором посев рапса производился в стерню, речь идет о точном непосредственном посеве комбайном одновременно с уборкой. Посевное оборудование обычно монтируется сзади жатки комбайна. Высеваемое зерно точно дозируется и подается дисковыми сошниками с точной глубиной заделки в треугольную канавку. Посевное оборудование можно легко монтировать и просто использовать. Это не снижает производительности зерноуборочного комбайна. Технологический процесс отличается от наблюдаемого при обыкновенном посеве. Особенное значение имеет заделка соломы.

В связи с высокими урожаями сельскохозяйственных культур обостряется проблема запашки растительных и пожнивных остатков. В целом измельчение соломы в комбайне должно быть улучшено, и внимание уделяется качеству мульчирования стерни и основной обработке почвы. Солома должна измельчаться очень коротко (до 35 см) и по возможности распределяться по полю более равномерно. Нужно создавать условия, которые позволяют легко прорастать через слой соломы молодым растениям рапса (зародыш до стадии двух листьев). Возможность для содействия прорастанию состоит в прижимании соломы валиками-катками. Также возможно убирать солому перед появлением всходов.

Посев одновременно с уборкой комбайном оказался наиболее экономичным (табл. 7). Высокий доход при этом способе посева обеспечивается благодаря незначительным издержкам на машины и меньшим расходам на зарплату. С учетом использования гербицидов дальнейшие издержки могут сокращаться. При наличии на поле значительного количества соломы опасность состоит в том, что подсемядольное колено (Hypokotyl) и стебель вытягиваются. Это ухудшает зимостойкость рапса. В этом случае должны дополнительно применяться фунгициды. Эффективным является также протравливание посевного зерна препаратами с SAT в 2002 (активное вещество Metconazol).

Таким образом, для большинства почв возделывание сельскохозяйственных культур можно предпринимать без отвальной обработки. Технологии без плуга потребуют как для обработки почвы, так и для последующего посева новой системы машин и комбинаций с использованием различных рабочих органов. При возделывании по мульче и

Таблица 7. Сравнение различных методов обработки почвы при возделывании рапса (R.-R. Schulz, 2005)

Показатели	Обработка	Посев комбайном при уборке предшественника
	отвальная	безотвальная
Наличие соломы	Нет	Нет	Нет	Есть	Нет
Урожайность, ц/га	47,2	52,6	47,3	49,8	49,5
Цена, €/ц	21	21	21	21	21
Доход, €/га	991	1105	993	1046	1040
Стоимость защиты растений, €/га	204	204	141	141	141
Переменные затраты, €/га	106	89	57	81	57
Затраты на зарплату, €/га	62	56	31	47	31
Общий доход, включая зарплату, €/га	389	521	534	545	575

 «прямом» посеве все издержки значительно ниже, чем при традиционной технологии. Правильное применение технологии обработки почвы без плуга не снижает величины дохода. Наряду с экономическими преимуществами и высокой конкурентоспособностью технологий с сокращенными обработками почвы имеются также экологические преимущества. Определенные проблемы в применении данных технологий требуют дальнейших исследований и накопления практического опыта.

Внесение удобрений

В структуре энергетических затрат на возделывание сельскохозяйственных культур наибольший удельный вес занимают [3] удобрения (рис. 6). Поэтому комплекс мероприятий по повышению эффективности использования удобрений имеет большое энергетическое значение. В первую очередь это относится к минеральным удобрениям. Состояние машин для внесения минеральных удобрений, особенно среди преобладающих спаренных дисковых распределителей, достигло высокого уровня. Машины от основных поставщиков делают возможным распределять минеральные удобрения с высокой точностью по рабочей ширине до 24 м, и в случае удобрений с очень хорошими характеристиками даже на ширину более 36 м. От технического обеспечения запрос на высокую точность распределения удобрений теперь удовлетворен.

Рис. 6. Расчетные данные доли затрат энергии в агросистеме Беларуси.

Приблизительно 80 % всех удобрений вносится машинами с двойными дисковыми распределителями. Эти орудия отличаются точностью настроек, устойчивостью к нежелательным воздействиям, прочностью и высокоэффективными эксплуатационными возможностями. Существенными характеристиками являются бесступенчатая регулировка рабочей ширины захвата между 14 и 48 м с автоматическим дозированием удобрений, например, через интерактивную калибровку при помощи интегрированных ячеек для взвешивания и с применением электронного управления границами распределения удобрений.

Значительно более высокая эффективность, повышенная точность обработки и операционного управления обеспечиваются новым видом распределительных систем для парного дискового широкого внесения, который позволяет обеспечить точное распространение различных удобрений без того, чтобы регулировать (корректировать) или изменять (заменять) лопатки.

Остается актуальной проблема повышения равномерности распределения минеральных удобрений. К настоящему времени наибольшее применение получили рассеивающие аппараты типа RAUCH для точного дозирования и распределения удобрений. Благодаря новаторским разработкам в последние годы используемые двойные дисковые распределители типа РУ 1600/3000, РДУ-1,5 позволяют равномерно вносить различные минеральные удобрения. Чтобы достигать этой точности с различными массовыми расходами, каждое изменение количества в (кг/га) или массового расхода (кг/мин) требует соответствующего ручного сдвига в установке распределяющих элементов (лотки, точка пуска, наклон конвейера-отвалообразователя), в то время как машина останавливается. При помощи оптимизированной аппаратуры дозирования формируется новый вид распределительной системы CDA для двойных дисковых рассеивателей. Она позволяет обеспечить однородное и точное распределение минеральных удобрений даже в случае изменений в массовом расходе, с поддержанием диапазона желаемой точности с коэффициентами изменения около 5 %. Кроме того, упростили установку дисков эргономически благоприятным центром размещения. Использование системы CDA также дает возможность увеличивать полевую эффективность благодаря более высокой рабочей скорости при постоянной точности.

Разработаны комбинированные лопатки с двумя рабочими поверхностями различной длины (рис. 7). Используются регулируемые лопатки различных модификаций и более простые аппараты с фиксированными лопатками и изменяемым местом подачи удобрений на диск по типу фирмы SULKY с системами DPX, DPA [31].

Рис. 7. Комбинированная лопатка рассеивателя удобрений.

Представляют интерес данные (журнал PROFI, спецвыпуск «Тракторы и другая сельхозтехника») сравнительных испытаний 5 типов рассеивателей удобрений фирм Amazone, Bogballe, Rauch, Vicon, Sulky. С каждой машиной было проведено 4 измерения при скорости трактора 8,3 км/ч. Вносились следующие удобрения: сульфанитрат аммония, калийная соль, карбамид. По методике Немецкого сельскохозяйственного общества (DLG), для оценки качества внесения определялся коэффициент вариации. Чем меньше данный коэффициент, тем равномернее распределение удобрений: менее 5% - отлично, до 10% - хорошо, до 15% - удовлетворительно, выше 15% - неудовлетворительно. Обобщенные данные испытаний представлены в табл. 8.

Таблица 8. Коэффициент вариации (%) равномерности распределения минеральных удобрений различными машинами

Машина фирмы	Сульфанитрат аммония, 220 кг/га	Сульфанитрат аммония, 220 кг/га (позднее внесение)	Калийная соль 60%-ная, 350 кг/га	Карбамид, 150 кг/га
Amazone	6,32	12,93	8,53	9,12
Bogballe	5,57	4,47	5,83	4,59
Rauch	6,89	5,71	8,66	5,86
Sulky	9,05	8,83	11,63	9,71
Vicon	11,6	16,9	6,32	8,54

В итоге испытаний сделаны следующие заключения:

- при работе с машиной ZA-M фирмы Amazone получены хорошие результаты, настройка на норму внесения производится нормально;

- применение рассеивателя EX фирмы Bogballe показало самые лучшие результаты по равномерности поперечного распределения удобрений, но установка на норму внесения производится слишком сложно, для работы по краю поля направление вращения дисков может изменяться с направлением «от центра»;

- при работе с машиной Axera фирмы Rauch получены достаточно хорошие результаты, она имеет самую большую полезную нагрузку, однако, это наиболее дорогая машина среди испытанных;

- применение рассеивателя DPX фирмы Sulky показало хорошие результаты по равномерности распределения удобрений только после оптимизации настроек, это самая дешевая машина; по данным фирмы при внесении сульфата аммония, АФК, мочевины, нитрата аммония при ширине захвата 1844 м может быть обеспечена равномерность распределения в пределах 4,57,6% по коэффициенту вариации;

- машина RS-XL фирмы Vicon требовала значительных корректировок в настройке для достижения хороших результатов распределения удобрений; отмечается сложность регулировок на норму внесения.

В целом все исследуемые машины характеризуются достаточно высоким качеством работы и удобной для эксплуатации конструкцией.

Компьютерные системы, оборудованные получателями универсальной системы GPS, позволяют настраивать машины автоматически на краях поля (выступа) и полевых границах и таким образом предотвращать чрезмерное внесение удобрений в области края поля и по его границам.

Посев и посадка

В решении задач энергосбережения при выполнении данных операций прежде всего следует отметить тенденцию использования почвообрабатывающе-посевных агрегатов. Такие агрегаты монтируются либо на общей раме, либо путем модульного составления из почвообрабатывающих и посевных машин (LEMKEN), что предпочтительнее, поскольку позволяет в зависимости от почвенно-климатических условий использовать машины в отдельности и составлять комбинированные агрегаты требуемого назначения.

Тенденция к большой рабочей ширине проявляется в прицепных машинах или комбинациях с активным приводом, которые могут справляться с посевом по мульче. Имеются устройства для повышения продольного распределения семян, например сошники фирмы KUHN с повышенной точностью распределения семян вдоль рядка.

Имеются также интересные новшества в обеспечении точности рядового посева. Кроме того, работа также развивается по электронному управлению и автоматизации обработки результатов (воспроизводит фотомеханическим способом) при рядовом посеве. Бесступенчатые передачи для дозирования подачи семян становятся все более широко распространенными. Электронное GPS-управление и оснащение соответствующей аппаратурой позволяют сеять с большой точностью.

Комбинированный агрегат «Комбисев» с рыхлительными зубьями, планчатыми катками и пневматической высевающей системой выпускает ОАО «Ляховичский райагросервис». В результате объединения операций по обработке почвы и посеву экономится около 2 л/га топлива и затраты труда сокращаются на 0,5 чел.-ч/га. Производительность агрегата составляет 1,95 га/ч при ширине захвата 3,6 м. Почвообрабатывающе-посевной агрегат АПП-4,5 с почвообрабатывающей частью типа АКШ шириной захвата 4,5 м выпускает ОАО «Брестский электромеханический завод». Производительность машины достигает 3,54,0 га/ч. Агрегат АПП-4 имеет почвообрабатывающую часть с активными рабочими органами и предназначен для агрегатирования с энергосредством «Полесье-290А». Производительность - 1,23,2 га/ч. Более мощные почвообрабатывающе-посевные агрегаты шириной захвата 5 и 6 м производит фирма VOGEL NOOT. Они дополнительно имеют выравниватели, трехрядный зубовый рыхлитель и катки. Агрегат при подготовке почвы может использоваться без сеялки.

Многие рядовые сеялки для закрытия бороздок с семенами оборудованы подпружиненными регулируемыми прутковыми загортачами. Отогнутые под углом концы прутков расположены в горизонтальной плоскости, работают в поверхностном слое выше зоны расположения семян и хорошо выравнивают поверхность поля.

Разнообразные сеялки в комбинации с почвообрабатывающими приставками предлагает итальянская фирма GASPADO. Машины ALIANTE и VITTORIA имеют компактную почвообрабатывающую часть с вертикально-роторной бороной и пневматическую или механическую высевающую систему. Ширина захвата составляет 3 или 4 м, и посев производится с междурядьем 125 мм. Агрегат CENTAURO имеет навешенный на переднюю навеску трактора зерновой бункер и расположенное сзади трактора технологическое оборудование. Ширина захвата равна 5 или 6 м, вес агрегата 4700 или 5100 кг. Данная фирма выпускает также сеялку для прямого посева или посева при минимальной обработке почвы модели DIRECTA. Она имеет дисковый бороздообразователь и механические высевающие аппараты. Одновременно с высевом семян производится подача в рядок минеральных удобрений. Данный вариант сеялки выпущен «Бобруйсксельмаш» с маркой СЗС-400. Посев производится с шириной захвата 4,2 м при междурядье 18 см. Емкость бункера для удобрений составляет 817 л.

Оригинальные сошниковые секции с возможностью использования в системах минимальной обработки почвы разработаны фирмами ROGER, HORCH, SULKY. Сошниковый узел сеялки MAXIDRILL фирмы ROGER закреплен на упругой С-образной стойке с давлением до 800 Н на один сошник. Вырезной диск диаметром 400 мм обеспечивает устойчивое вращение при минимальной обработке почвы и очистку бороздки от растительных остатков. В конструкциях всех сошниковых узлов имеются прикатывающие каточки для закрытия бороздки и обеспечения плотного контакта семян с почвой (рис. 8).

Рис. 8. Сошниковые секции с копирующе-прикатывающими катками.

Вариант почвообрабатывающе-посевного агрегата REGULINE фирмы SULKY в механической высевающей системе имеет специальное выравнивающее поток семян устройство в виде профилированного шкива. Это позволяет обеспечить более равномерное распределение семян по длине рядка и за счет этого снизить норму высева и создать выравненные условия для развития растений. Эту же задачу решает разработанный фирмой KUHN сошник сеялок типа VENTA AL, LG, TF. В полости сошника этих пневматических сеялок имеются специальные каскады для выравнивания потока подаваемых семян. Испытания нескольких исследовательских институтов показали, что при севе с этими сошниками норму высева можно уменьшить на 1015%.

Внедрение электронных систем управления позволяет бесступенчато в процессе работы посевного агрегата (SOLITER фирмы LEMKEN) изменять норму высева. Легко управляемые из кабины трактора механизмы образования технологической колеи позволяют изменять ее параметры в зависимости от используемой в дальнейшем техники и обеспечивают постоянство давления воздуха в высевающей системе, не нарушая равномерности распределения посевного материала.

Для посева пропашных культур (свекла, кукуруза, подсолнечник и др.) ЧПУП «Мозырьагросервис» начал выпускать многоцелевую пневматическую сеялку точного высева Тс-М модели 8000. На сеялке установлен высевающий аппарат фирмы Mater Macc, а конструкция сошникового узла с высевом в зоне опорных колес секции обеспечивает устойчивую глубину посева даже в случаях неровностей поля. Унитарное предприятие «Клецкий механический завод» предлагает сеялку механическую навесную СМН-12 для точного высева дражированных семян свеклы. При работе сеялки семена из бункера попадают на ячеистое колесо внутреннего заполнения с шестью пазами специальной формы. Затем зерно транспортируется в пазу по направляющей полукольца до выпадения в бороздку. Конструкция данной сеялки более проста по устройству в сравнении с пневматической и достаточно надежна в работе при высеве дражированных семян. Механические кукурузные сеялки типа СКН-6ГМ выпускает ОАО «Минский приборный завод». Одновременно с посевом может производиться локально-ленточное внесение гербицидов и минеральных удобрений. Эксплуатационная производительность сеялки захватом 4,2 м составляет 1,32,1 га/ч.

Новая четырехрядная навесная картофелесажалка СК-4 выпущена ОАО «Мотовело». Она снабжена оригинальными ложечковыми высаживающими аппаратами фирмы GRIMME. Дополнительно сажалка комплектуется оборудованием для протравливания клубней и внесения минеральных удобрений.

Уход за посевами и защита растений

В области обеспечения эффективной и малозатратной системы защиты растений внимание фокусируется на точном дозировании и сокращении норм внесения. Повышение равномерности распределения пестицидов (рис. 9) также оказывает существенное влияние на эффективности их действия.

При коэффициенте вариации менее 7% достигается 100%-ная эффективность обработки при снижении применения препарата более чем в два раза. В случае высокой неравномерности (более 16%) невозможно достичь приемлемой эффективности обработки даже при полной дозе внесения препарата.

Формулируются основные агротехнические требования к качеству выполнения основных операций с применением пестицидов [9]:

- неоднородность рабочей жидкости по составу не должна превышать ± 5%;

- отклонение фактической дозы от заданной допускается не более ±3%;

- неравномерность распределения рабочей жидкости по ширине захвата допускается до 15%;

- допустимое отклонение фактической дозы от заданной при опыливании должно составлять ±15%, при опрыскивании от +15% до - 20%;

- опрыскивать посевы допускается при скорости ветра не более 45 м/с, опыливать - не более 3 м/с;

- допускается работа при температуре воздуха не выше 23⁰С при отсутствии восходящих потоков воздуха;

- опрыскиватели должны покрывать каплями более 80% верхней поверхности растений (листьев) и не менее 60% нижней;

- средняя густота капель в зависимости от нормы расхода жидкости и вида обрабатываемых культур должна быть в пределах 2070 капель/см²;

- неравномерность отложения жидкости на обрабатываемые культуры по коэффициенту вариации не должна превышать: при обработке полевых культур штанговым опрыскивателем - 30%, методом бокового дутья - 70%, при обработке плодовых культур - 100%.

Рис. 9. Зависимость эффективности применения пестицидов от равномерности их распределения.

Эффективность опрыскивания в значительной степени зависит от правильного выбора времени обработки. Рост и развитие фаз растений, сорняков и болезней определяют необходимую дозу и результативность химических обработок. Изменения климата с длительными периодами засухи или дождей делают фактор времени все более критическим. Идеальные условия для опрыскивания также ограничены довольно коротким периодом в течение дня, который в свою очередь зависит от погоды. Скорость ветра, изменения температуры и влажности воздуха определяют количество часов, пригодных для проведения опрыскивания. Сильный ветер (более 45 м/с) приводит к значительному сносу капель вносимого пестицида. Также высокая температура и низкая влажность воздуха повышают испаряемость капель и ведут к непроизводительным потерям пестицида. В результате оптимальное время для опрыскиваний посевов растворами пестицидов обычно находится между 19 ч вечера и 9 ч утра. В этот период наблюдается низкая скорость ветра и приемлемая температура для проведения химических обработок. Максимальное использование этих часов суток для опрыскивания посевов существенно повышает эффективность химических обработок.

Для повышения производительности опрыскивателей используют машины с увеличенной емкостью резервуаров. Это сокращает количество заправок и время на транспортировку жидкости, однако не обеспечивает общего увеличения производительности выполняемых работ. При этом создаются дополнительные проблемы, связанные с увеличением давления на почву, что особенно проявляется в условиях повышенной влажности полей. Наиболее правильным решением данной проблемы является снижение удельных расходов жидкости до 80150 л/га при условии высокого качества покрытия обрабатываемых поверхностей каплями пестицида. Низкообъемное опрыскивание снижает требуемые расходы жидкости на 250%, и емкость опрыскивателя (John Deere 840) может составлять 4000 л.

Ленточное опрыскивание одновременно с междурядной обработкой пропашных культур успешно применялось уже в 1950-е годы с использованием специального оборудования к пропашным культиваторам. По сравнению со сплошным внесением при этом обеспечивается значительная экономия препаратов, снижаются затраты на проведение обработок за счет их совмещения с посевом или междурядными обработками. При возделывании некоторых культур экономическая эффективность технологии весьма высока. Для обеспечения объемной обработки гребня и растений целесообразна подача рабочей жидкости с двух сторон при расположении распылителей в междурядьях. При обработках посевов на ровной поверхности могут применяться специальные штанги с копирующими полозками, на которых закреплены распылители. Применение ленточного способа внесения пестицидов наряду с достоинствами имеет и некоторые недостатки: снижает производительность агрегатов, препарат располагается на поверхности почвы, возникающая пыль способна связывать вносимые растворы пестицидов и снижать результаты проводимой обработки.

С 1950-х годов известны попытки использовать метод уничтожения сорняков пламенем. Снижение затрат обеспечивается за счет существенной разницы в энергетических эквивалентах гербицидов и применяемого топлива. Подобный агрегат использовался в США до 1959 года. Он состоял из бака с арматурой, испарителя, топливопроводов, перекрывающего клапана, регулятора давления, манометра, качающегося вала, штанги, отсекающего устройства, кронштейнов и самих горелок. Топливный бак был оборудован медной арматурой. В таком агрегате газ из бака поступает в испаритель, оттуда через регулятор давления подается в патрубок и дальше распределяется по горелкам. Кран установлен перед регулятором давления и имеет небольшие отверстия для выхода газа, с помощью которого производится зажигание горелок. Горелки установлены на кронштейнах и посредством рычага связаны с качающимся валом штанги. Кронштейны расположены по центру каждого ряда и несут на себе одну или две горелки. Высота горелок над почвой регулируется специальными рычагами. Известны и другие варианты огневых культиваторов с газовыми или бензиновыми горелками. Для повышения эффективности работы и предохранения вегетирующих растений они могут закрываться предохранительными щитками или кожухом. Время применения огневого культиватора на сплошных посевах выбирают примерно через 3 недели после предпосевной подготовки почвы и около недели после посева, но до появления всходов возделываемых растений. В этом случае достигается максимальная степень поражения сорных растений. Подобный огневой культиватор использовался в Англии в системе органического сельского хозяйства. Своевременное применение культиватора до начала появления всходов культурных растений обеспечивает уничтожение сорных растений.

В 1995 году в университете Хохенхайм (г. Штутгарт, Германия) была создана машина для уничтожения сорняков горячим паром, образованным в испарителе. Этот мобильный агрегат предназначался для использования в садах и на виноградниках, но его экономичность и эффективность работы были невысокими.

Повысить эффективность химических обработок посевов с соответствующим снижением энергетических и материальных затрат позволяет опрыскивание в сопровождении воздушного потока. Началом использования данного метода можно считать вентиляторное опрыскивание способом бокового дутья. В дальнейшем данная технология ввиду значительного сноса раствора и большой неравномерности отложения пестицида была заменена штанговым опрыскиванием. В 19301940 годы в Германии использовался метод опрыскивания пенистым туманом с изменением направления подаваемой струи воздуха.

Дальнейшее совершенствование метода опрыскивания в сопровождении воздушного потока было осуществлено в 1990-е годы фирмами Hardi, RAU, Jacto с использованием методов TWIN FORCE, Air Plus. Основная цель данных методов заключается в объемном опрыскивании растений. Например, при обычном опрыскивании пшеницы на верхнюю часть растений попадает 616 мг/кг, а на нижнюю - только 24 мг/кг. Для улучшения покрытия растений каплями пестицида предлагается опрыскивание полевых культур с наклоном растений механическими устройствами или с принудительным поддувом воздуха, создаваемым вентилятором и направляемым распределением через стеблестой посевов (рис. 10).

Вертикально направленный воздушный поток наклоняет стебли, доходит до поверхности почвы и частично отражается, в это время происходит подача капель препарата, часть которых оседает на верхней части листьев. Распыленные капли, не достигнув поверхности почвы, поднимаются отраженным потоком вверх и оседают на нижней стороне листьев, на стеблях и нижней части растений.

По данным фирмы RAU, наиболее эффективное осаждение распыленных капель на растения достигается при скорости воздуха на выходе из пневмопровода около 30 м/с и объеме подаваемого воздуха 16002500 м³/ч на метр рабочей ширины штанги. Прохождение капель через посевы и степень покрытия ими растений зависит не только от мощности воздушного потока, но и от применяемых распылителей. Мелкие капли дают лучшее покрытие и меньше скатываются. Использование данного метода позволяет сократить объем применяемой жидкости с 200 л/га до 120130 л/га и повысить степень покрытия растений с 15% до 25%. Создается также возможность работать в ветреную погоду и за счет повышения качества обработки снизить дозы применяемых пестицидов на 2530% (в среднем экономия пестицидов составляет 15%). Скорость воздушного потока в припочвенном слое составляет около 9 м/с.

Рис. 10. Принцип механического наклона растений (а) и работы штанги опрыскивателя (б) с системой осаждения жидкости воздушным потоком.

В опрыскивателях системы Hardi скорость воздуха на выходе из коллектора составляет около 25 м/с, а в припочвенном слое - около 5 м/с. На новых моделях опрыскивателей модели ALPHA с системой TWIN FORCE применяется регулирование направления сопровождающего воздушного потока. По данным фирмы Hardi, использование метода TWIN FORCE позволяет сократить дозы применения пестицидов на 16% в сравнении с обычным опрыскиванием. В зависимости от варианта взаимного расположения выходного отверстия пневмосистемы и выходного отверстия наконечника для подачи капель пестицида возможны следующие варианты взаимодействия:

воздушное сопровождение с направлением воздушного потока на 20° вперед (расход жидкости 3060 л/га, расход воздуха 420 м³/ч на 1м ширины захвата);

захватывание капель от распылителя (воздушные отверстия диаметром 4 см с расстоянием между ними 4 см, около 10 см - расстояние до встречи с каплями, 25 см - расстояние между распылителями, подача воздуха 25002800 м³/ч на 1 м захвата штанги);